化学—力学耦合作用下海工混凝土劣化规律与机理研究

发布时间：2019-10-10 08:12

【摘要】：海工混凝土的服役环境十分严酷,一是海水富含的可溶性盐如氯盐、硫酸盐等对混凝土产生化学腐蚀,二是处于潮汐区的混凝土结构还将受到干湿循环的加速破坏作用。此外,当混凝土受到荷载作用时,内部微裂缝将引发和扩展,侵蚀性介质更容易进入混凝土内部。本文针对此类问题开展了化学-力学耦合作用下海工混凝土的劣化规律与侵蚀机理的研究。配制了耐海水腐蚀的海工混凝土,通过海洋自然暴露腐蚀试验和室内加速模拟腐蚀试验,采用氯离子和硫酸根离子化学分析方法,X-CT断层扫描、MIP孔结构测试、XRD物相分析、DSC-TG综合热分析、微观形貌观察等微观结构检测手段,研究了化学-力学耦合作用下腐蚀离子的侵蚀机理及混凝上内部微结构的演变规律,探索了腐蚀环境、水胶比、矿物掺合料、腐蚀时间和弯曲荷载等因素对海工混凝土耐久性的影响。在相同扩散深度上,侵蚀离子含量由大到小排序：干湿循环盐雾浸泡,潮汐区大气区；矿物掺合料的掺入,尤其是粉煤灰、矿渣双掺可明显降低侵蚀离子含量；总氯离子含量(Gt)与自由氯离子含量(Cf)呈线性关系,氯离子结合能力R随着混凝土强度的提高而降低；随着暴露时间的延长,混凝土内部的水泥浆体结构发生了变化,其孔隙率不断减小,氯离子的扩散系数随之降低；混凝土受弯曲荷载作用时,受拉区的CH含量显著低于受压区,表明受拉区损伤劣化程度比受压区更严重。测试化学-力学耦合作用下混凝土的动弹性模量,揭示了海工混凝土损伤劣化的时变发展规律；结合相似性理论,提出采用经验公式拟合海洋现场暴露腐蚀试验与室内加速模拟腐蚀实验的动弹性模量之间的相似性关系。提出用经验公式Edc=m×a^Edg+n拟合海洋潮汐区动弹性模量Edc/GPa与室内干湿循环动弹性模量Edg/GPa的相关关系,式中n=0.936×fc-0.249, fc为混凝土90d抗压强度/MPa,a可取经验值1.040-1.116,掺加矿物掺合料可适当减小。用经验公式Edd=m×a^Edy+n拟合海洋大气区动弹性模量Edd/GPa与室内盐雾动弹性模量Edy/GPa的关系,式中n=0.974×fc-0.924, a取经验值1.055-1.098。基于氯离子扩散的修正模型,对海洋现场暴露环境中混凝土的服役寿命进行了初步预测。海洋潮汐区的混凝土服役寿命明显小于大气区的服役寿命,前者约是后者的1/4；保护层厚度对混凝土的服役寿命起着决定性的作用,将保护层厚度x增大50%,混凝土服役寿命将提高约2倍；降低水胶比、掺加矿物掺合料,尤其是粉煤灰、矿渣双掺将极大地提高海工混凝土的服役寿命。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV431

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本文编号：2547087